不同物料堆肥腐熟程度的紫外-可见光谱特性表征

水溶性有机物(DOM)紫外-可见吸收光谱特性是评价堆肥腐熟度重要方法之一,但由于紫外-可见吸收光谱指标众多,单指标评价具有较大局限性。因此,本研究开展了影响堆肥腐熟度的关键紫外-可见光谱特性指标识别,并采用化学剂量学方法评价了不同来源堆肥腐熟程度。与传统单一物料评价相比,优选的评价指标及评价方法更具普适性。不同物料堆肥过程中DOM紫外-可见光谱特性分析结果表明,SUVA254和SUVA280值呈明显的增加趋势,E250/E365和E4/E6值呈相反的趋势,而A226~400,S275~295,S350~400值则在堆肥末期变化显著。相关分析表明不同紫外-可见光谱参数(E2/E4和E235/E203除外)彼此之间相关性显著;主成分分析显示,DOM紫外-可见光谱指标A226~400,SUVA254,S350~400,SUVA280,S275~295可作为堆肥腐熟程度关键影响评价指标。在此基础上,采用筛选的特性指标对堆肥末期进行聚类分析,可将九种不同来源堆肥分为两大类,第一类为猪粪、鸡粪、污泥、秸秆、园林垃圾、果蔬及生活垃圾等腐熟程度较低的堆肥;第二类为杂草和厨余腐熟程度较高的堆肥。     

藻类内源产生有色溶解有机物的吸收和三维荧光特性研究（英文）

利用吸收光谱和三维荧光光谱-平行因子分析(EEM-PARAFAC)方法,研究了海洋中常见的四种硅藻、两种甲藻藻液的CDOM的光吸收性质和三维荧光特性。吸收光谱测定结果表明在六种藻类生长过程中,旋链角毛藻、三角褐指藻、小新月菱形藻和盐生舟行藻四种硅藻以及东海原甲藻和裸甲藻两种甲藻的α(355)分别增加了64.8%,242.3%,535.1%,903.2%,836.0%和196.4%。表征CDOM分子量和类腐殖质组分比例的Sg呈下降趋势,分别降低了8.7%,34.6%,39.4%,53.1%,46.7%和35.7%。在三维荧光光谱测定中检测出小新月菱形藻和盐生舟行藻两种硅藻藻滤液的CDOM包括三种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分:C1(Ex/Em=350(260)nm/450nm),C2(Ex/Em=260(430)nm/525nm),C3(Ex/Em=325nm/400nm)和C4(Ex/Em=275nm/325nm)。随着藻类的生长,小新月菱形藻和盐生舟行藻藻滤液的CDOM荧光强度分别增加了8.68,24.9,7.19,39.8倍和2.64,0.07,4.39,12.4倍,经过相关性分析表明各组分的荧光强度与α(355)和Sg之间均表现为良好的相关性。综上研究结果表明不论是甲藻还是硅藻,在生长过程中藻类内源所产生的CDOM的含量及分子量均表现为上升趋势,且硅藻类相比甲藻增长变化更为明显。在CDOM的组成中,类腐殖质成分随藻类生长所占比重同步增大,类蛋白质组分增长缓慢。另外通过该研究可以发现不同种类的藻所产生的CDOM的吸收光谱有明显差异,由三维荧光光谱得到的不同荧光组分强度也因藻种不同而不同,说明不同藻种在天然海水中对CDOM的贡献有很大区别。     

利用三维荧光光谱和吸收光谱研究雨水中CDOM的光学特性

利用荧光激发-发射矩阵光谱(excitation-emission matrix spectroscopy,EEMs)技术并结合吸收光谱初步研究了2007年厦门梅雨季节期间雨水中有色溶解有机物(CDOM)的光学特性.结果表明,雨水CDOM的吸收光谱随波长旱指数衰减,代表雨水CDOM相对含量的吸收系数α(300)范围在0.27～3.45 m-1,均值为1.08 m-1;且降雨初期CDOM含量高于降雨后期.这表明人类活动和当地的大气污染或空气质基对雨水中CDOM的贡献.雨水CDOM的EEMs光谱揭示出2类4个主要荧光峰(2个类腐殖质荧光A和C与2个类蛋白质荧光B和S)的存在.其中2个类腐殖质荧光A和c之间以及2个类蛋白质荧光B和S之间均存在一定的正相关性,说明其具有相同来源或存在某种内部联系.2个类腐殖质荧光与吸收系数α(300)之间的强正相关性,说明其控制吸收特性的基团可能与控制其荧光特性的基团具有相似性质.结果表明雨水CDOM高吸收和荧光特性在大气化学中的作用不容轻视,在受大气水体影响的太阳辐射的光谱衰减中可能起着潜在的重要作用.     

4H-SiC材料在紫外波段吸收系数的分析研究

基于已报道的4H-SiC材料在紫外波段(325—390nm)吸收系数的测定,结合经验公式,采用外推和多项式拟合方法分析4H-SiC材料在200—400nm紫外波段的吸收系数,并得到4H-SiC材料的吸收系数与波长的关系式。对4H-SiC吸收系数的分析研究将作为4H-SiC光电探测器结构设计的一个重要依据。     

基于三维荧光光谱结合平行因子分析对春季北黄海有色溶解有机物的研究

利用三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC),对我国春季北黄海海水样品的荧光光谱进行了研究和分析。结果表明,北黄海有色溶解有机物(CDOM)中的荧光溶解有机物(FDOM)可分为四个组分,其中两组为类腐殖荧光组分c1(260,315/425)和c2(295,355/490),两组为类蛋白荧光组分c3(275/310)和c4(230,290/345)。四个组分之间不同程度的线性相关性说明了它们同源相似性,类腐殖质两组分之间的相关性最高,类蛋白质两组分次之。四个荧光组分和总荧光强度在平面分布和垂直分布都呈现近岸高,远岸低的趋势,同时除去陆源输入影响,海洋自身的水团运动和生物活动也影响着北黄海CDOM的分布。聚类分析进一步说明了北黄海不同区域的总荧光强度分布特征,也体现了整体上CDOM的均一性。荧光指数FI、腐殖化指数HIX和生源指数BIX在一定程度上指示了北黄海CDOM的来源,说明近岸区域陆源的影响较大,而向海一侧则受生物活动的作用影响较大,此结论与前述荧光组分的分布规律吻合。     

基于光谱相关关系的海水总悬浮颗粒物吸收光谱的分解

基于吸收光谱相关关系建立了一种海水总颗粒物吸收光谱(ap(λ))分解模型,利用有约束的非线性优化算法实现了浮游植物(aph(λ))和非藻类颗粒物吸收光谱(aNAP(λ))的分离.采用2004年南海北部航次调查水体的实测数据分析发现,在短波波段(aph(λ))可以较好地表示为aph(443)的二次多项式形式,aNAP(λ)遵循普遍的指数衰减规律.基于这种光谱变化规律本文建立了ap(λ)分解模型,并采用2005年同一海区实测数据进行验证,发现模型计算光谱与实测数据有较好的相似性,在主要的吸收波段如443,490和683 nm处的平均相对偏差值在17%以内,两者之间线性关系拟合的决定系数(R2)均在O.97以上,斜率接近于1.0.与现有的分解方法相比,该模型具有明显的区域优势,这种基于光谱相关关系的分解思想可进一步应用于水色遥感信息的反演和海水总吸收系数的分解.     

太湖水体浮游藻类吸收系数分离方法研究

利用太湖实测水色因子吸收系数数据,根据非藻类颗粒物与有色可溶性有机物(CDOM)吸收相似的特性,采用两者合并参数化方案,并结合浮游藻类吸收系数在580 nm与692 nm波长处比值恒定的特点,提出了适合于太湖的基于水体总吸收的浮游藻类吸收系数分离方法,并从数值和光谱曲线特征等方面对分离效果进行了评价。结果表明,浮游藻类吸收能够较好地从水体的总吸收中分离出来,在440,550和675 nm波段处,吸收系数的分离效果都较好,其中在675 nm波段分离平均相对误差在10%以内;分离得到的浮游藻类吸收光谱整体上保持了其原有的特征,与实测光谱具有很好的相似性,平均相似度在0.97以上。     

基于光谱分析与角度斜率指数的植被含水量研究

植被含水量是植被生长状态的重要指示因子,是农业、生态和水文等研究中的重要参数,其诊断对于监测自然植被群落的干旱状况、预报森林火灾等都具有重要意义。通过对植被光谱反射率与植被含水量的相关性分析,发现植被波谱不同波段的光谱反射率与植被含水量的相关性差异很大,其中可见光红光波段(620~700 nm)、近红外波段(800~1 350,1 600~1 950,2 200~2 400 nm)的光谱反射率与植被含水量具有较好的相关性,选取了660,850,1 630和2 200 nm的光谱反射率作为RED,NIR,SWIR1和SWIR2的波段值来建立角度斜率指数;分析了植被含水量与角度斜率指数的关系,将角度斜率指数(SANI,SASI,ANIR)作为反演植被含水量的参量,建立植被含水量与角度斜率指数之间线性回归模型。通过对近红外角度指数ANIR改进,提出了近红外角度归一化指数NANI(near infrared angle normalized index)与近红外角度斜率指数NASI(near infrared angle slope index),建立植被含水量与NANI和NASI之间线性回归模型,结果显示:NANI与Palacios-Orueta等提出的角度斜率指数(SANI,SASI,ANIR)相比有一定的优势,模型可决系数R~2从原最高0.791提高到0.853,RMSE也从原最小0.047降低到0.039。确定了NANI为反演植被含水量的最佳角度斜率指数,并建立了植被含水量反演模型。该研究主要创新点:在前人研究成果基础上,通过对原角度斜率指数的改进,提出了NANI和NASI角度斜率指数,使其在植被含水量反演上具有更高的精度。     

非线性光学晶体硼酸镧钠(Na_3La_9B_8O_(27))的光谱研究

测量了Na3La9B8O27晶体在紫外-可见光-红外波段的透射光谱和反射光谱,分析得到其在上述波段的吸收光谱。在波长400nm~2000nm范围内,透射比超过80%,禁带宽度为3.93eV,没有明显的缺陷和杂质吸收。测量了该晶体在太赫兹波段的时域光谱,分析得到其在上述波段的吸收光谱、折射光谱,且通过光学常数之间的关系,得到其介电常数ε曲线。在0.3~1.5THz内吸收小于10cm-1。在0.3~2.4THz内,介电常熟实部ε1成近似线性递增趋势,介电常熟虚部ε2小于0.03。     

千岛湖有色可溶性有机物的生物可利用性特征及其环境指示意义

千岛湖水质优良,具有较低的初级生产力和较高的透明度(SDD),探究该湖有色可溶性有机物(CDOM)的微生物降解特征对探究清洁水体有机物迁移转化规律具有重要意义。通过对室内微生物培养实验前后CDOM吸收和荧光光谱的对比分析,探究该湖有色可溶性有机物生物降解特征及指示意义。结果表明,经28 d微生物降解培养后CDOM吸收系数a₂₅₄、光谱斜率S_275-295平均值均减小、荧光腐殖化指数HIX增大,说明微生物降解致使CDOM浓度降低,腐殖化程度相应升高。经生物培养28 d可降解的CDOM吸收系数a₂₅₄平均降幅可达14.3%±4.8%,各点位降幅范围为4.3%~23.6%。平行因子分析获得三种荧光组分,分别为陆源类腐殖酸C1、类色氨酸C2和C3,三种荧光组分在28 d微生物降解培养过程中均主要表现为降解,极少有累积;其中类色氨酸C2和C3生物可利用性水平分别可达54.1%±18.2%和53.2%±14.3%,陆源类腐殖酸C1生物可利用性为28.2%±9.1%;培养前后CDOM荧光主要贡献组分由类色氨酸C2变为陆源类腐殖酸C1,这说明千岛湖类色氨酸生物活性高于类腐殖酸,微生物降解培养过程中亦表现为削弱类蛋白峰保留类腐殖酸峰。培养前后CDOM吸收系数差值,亦即CDOM生物可利用性Δa₂₅₄的高值主要集中在下游东南湖区,这与类色氨酸C2分布特征具有一定的相似性,说明千岛湖东南湖区CDOM生物可利用性最高,可能与大量类色氨酸C2赋存具有一定关系。微生物降解培养致使类色氨酸C2和C3分布特征发生改变,经培养后其高值与C1、a₂₅₄培养后高值分布特征相似,说明生物培养过程中可能存在类蛋白物质的产生。微生物降解培养前后C1与a₂₅₄均具有很好的相关性,说明微生物降解培养对陆源类腐殖酸荧光峰应用于估算有机物浓度的影响较小,培养后湖心区及东南湖区类色氨酸C2-C3高值区消失,说明在水滞留时间较长的湖区微生物活动对类色氨酸荧光峰在点源污染识别的应用存在一定的影响。     

Absorption and Fluorescence Properties of Chromophoric Dissolved Organic Matter Produced by AlgaeSCIEI北大核心CSCD

Four kinds of diatom (Chaetoceros curvisetus, Phaeodactylumtricornutum, Nitzschia closterium f. minutissima and Navicula halophile) and two kinds of dinoflagellates (Prorocentrum donghaiense and Gymnodinium) were cultured under laboratory conditions. Variations of optical properties of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) were studied with absorption and fluorescence excitation-emission matrix spectroscopy(EEM) during growth of marine microalgae in incubation experiment. Absorption spectrum revealed absorption coefficient a(355) (CDOM absorption coefficients at 355 nm) of 6 kinds of marine microalgae above increased by 64.8%, 242.3%, 535.1%, 903.2%, 836% and 196.4%, respectively. Simultaneously, the absorption spectral slope(Sg), determined between 270 and 350 rim, representing the size of molecular weight of CDOM and humic-like composition, decreased by 8.7%, 34.6%, 39.4%, 53.1%, 46.7%, and 35.7%, respectively. Applying parallel factor analysis (PARAFAC) together with EEM got four components of CDOM: C1(Ex/Em=350(260) nm/450 nm), C2 (Ex/Em=260 (430) nm/525 nm) 03 (Ex/Em=325 nm/400 nm) and C4(Ex/Em=275 nm/325 nm), which.were relative to three humic-like and one protein-like fluorescent components of Nitzschia closterium f. minutissima and Navicula halophile. In incubation experiment, fluorescence intensity of these four components during growth of Nitzschia closterium f. minutissima increased by, respectively, 8.68, 24.9, 7.19 and 39.8 times, and those of Navicula halophile increased by 2.64, 0.07, 4.39 and 12.4 times, respectively. Significant relationships were found between the fluorescence intensity of four components of CDOM, a(355) and Sg. All results demonstrated that both content and molecular weight of CDOM produced by diatom and dinoflagellate studied in incubation experiment increased, but these two parameters changed more obviously of the diatom than those of dinoflagellate; the proportion of humic-like components in the composition of CDOM also increased clearly with the growth of marine microalgae, but protein-like fluorescent component had only a slow growth. Furthermore, the absorption spectrum of CDOM produced by different species of algae changed obviously and the relative composition fluorescence intensity of CDOM produced by different microalgae were found to vary among different composition from EEM, which suggested CDOM produced by different microalgae make quite different contributions to CDOM in natural seawater.     

水母代谢过程中释放的溶解有机质的光谱特征

研究了实验室培养的小型水母弗洲指突水母(Blackfordia virginica)代谢过程中所释放的溶解有机物(DOM)及其吸收和荧光光谱特征的变化。与对照组海水相比,充分摄食后的水母在24h的代谢过程中向水体释放大量的溶解有机碳和总溶解态氮,有色溶解有机物的吸收系数a280也有显著增加。光谱斜率比值(SR)的增大和腐殖化指数(HIX)的降低,表明水母代谢产生的主要是腐殖化程度较弱的低分子量DOM。利用平行因子分析(PARAFAC)模型对三维荧光光谱进行解谱,识别出3个类腐殖质(C1-C3)和1个类蛋白质(C4)组分。发射波长在400nm以下的"海源"类腐殖质组分C2(<250,295/386nm)及类蛋白质组分C4(275/334nm)在代谢过程中有明显增加,表明它们是水母代谢释放的主要荧光物质;而发射波长在400nm以上的组分则变化不大。据此可将发射波长小于400nm与大于400nm的荧光组分强度和之间的比值,构建为DOM的浮游动物来源指标(ZIX),用于识别和示踪水环境中浮游动物代谢活动释放和产生的DOM。     

离体正常乳腺组织350～850 nm波段光谱特性

采用带有积分球附件的紫外/可见/近红外分光光度计测量了离体正常乳腺组织在350～850 mn光谱范围的反射率和透射率,运用反向倍加法得到了离体正常乳腺组织在相应光谱范围的光学参数,分析了正常乳腺组织的光学穿透深度随波长的变化情况.实验结果表明:350～850 nm波段正常乳腺组织的约化散射系数μ'.大于吸收系数μa.μ's 随着波长的增加而减小,即从350 nm波长值为9.731 mm-1～850 nm波长值为1.476 mm-1.μa从350 nm波长值为0.798 mm-1～850 nm波长值为0.102 mm-1,410 nm波长处存在一个吸收峰,其值为0.506 mm-1.光学穿透深度随着波长的增加而增大,从350 nm波长值为0.199 mm-1～850 nm波长值为1.439 nm.基于反向倍加法计算获得乳腺组织的光学参数,采用Monte Carlo模拟得到其相应光谱范围的反射率和透射率,并与实际测量值进行比较,二者的一致性较好.实验结果为乳腺组织的光活检及其光学治疗提供重要参考.     

厦门港国际船舶压舱水交换的CDOM示踪研究

通过对2007年10月-2008年4月经停厦门港的不同航线9条国际船舶29个压舱水中有色溶解有机物(CDOM)的三维荧光光谱和吸收光谱分析,探讨了利用CDOM光谱参数检验进出我国港口的国际船舶是否进行了远洋压舱水交换(BWE)国际公约规定的可行性.利用平行因子分析(PARAFAC)对三维荧光光谱进行解潜,共鉴别出压舱水CDOM具有2个类腐殖质及2个类蛋白质荧光组分,其中长波类腐殖质组分C2(250,345/458 nm)可作为判断压舱水是否进行BWE的合适指标.压载舱中各荧光组分垂直分布基本均匀.利用C2组分结合吸收光谱斜率比值SR、盐度等指标.对七述船舶是否进行BWE作出了准确判断.研究结果表明,3类指标的综合应用将能更有效地对国际船舶是否进行BWE进行可靠的检验,对今后在厦门港乃至国内其他港口开展压舱水水源的快速检测提供了技术支撑.     

Eu(DBM)_3Phen掺杂聚甲基丙烯酸甲酯静电纺丝荧光纤维

通过静电纺丝技术获得直径约为700 nm,均匀且随机取向的亚微米级Eu(DBM)3Phen/PMMA纤维。在紫外光辐射下,亚微米级荧光纤维发出明亮的红色荧光。其激发光谱表明,荧光纤维有效激发波长范围为200~400 nm。利用积分球配以CCD探测器,在367 nm长波紫外LED激发下对荧光纤维开展绝对光谱功率测试。当LED泵浦功率为535.76#W时,厚度80#m的Eu(DBM)3Phen/PMMA纤维薄层对紫外辐射的吸收率高达89%,350~850 nm范围内发射的总绝对光谱功率、总光子数和总荧光量子产率分别为36.56#W、11.46×10~(13)cps和12.94%。亚微米级Eu(DBM)_3Phen/PMMA纤维薄层中,Eu~(3+)较高的跃迁发射几率及较大的发射截面使得纤维可以高效吸收紫外辐射并转变为可见光,在提高太阳能电池光电转换效率方面具有潜在应用价值。     

塔河地区主要岩石金属元素含量、物性参数与光谱特征间的关系研究

测试了采集自黑龙江省塔河地区的300块并进行抛光处理后的岩石样本350~2 500nm间光谱反射率、磁化率、密度、孔隙率和金属元素含量(Fe,Mn,Ti,Zr,V,Zn,Pb,Nb,Co,Bi),并计算了其光谱吸收深度。在此基础上,以相关性分析方法为依据,探讨了所采集岩石样本的金属元素含量、物性参数、反射光谱间的特征响应关系,计算了岩石样本金属元素和光谱吸收深度间的相关性系数、物性参数与光谱反射率的相关性系数,获得成果如下:(1)在410nm附近,闪长玢岩各金属元素与吸收深度间的相关系数都存在尖锐的波峰和波谷,相关系数达到极值。(2)岩石样本金属元素和吸收深度的相关性研究中,侵入岩的相关系数则显著高于其他岩石类型。(3)1 400nm附近,岩石样本金属元素与吸收深度、各物性参数与光谱反射率的相关性都存在尖锐的波峰和波谷。其中磁化率、密度、视孔隙率与光谱反射率的相关系数在可见光范围内波动变化较大。(4)在1 900~2 500nm范围内,金属元素与光谱吸收深度、各物性参数与光谱反射率间的相关系数波动较大,其中金属元素和光谱吸收深度呈显著相关,相关系数达到极值。进一步研究了岩石金属元素和物理特性与其光谱特征的关系,对于不同岩性的不同波段的反射率与不同金属元素间分布状态的探测,具有一定意义。     

紫外真空紫外傅里叶变换光谱仪

研制了新型的由分束耦合器、“猫眼”后向反射光学系统、稳频激光辅助采样系统和光电探测器等组成的紫外真空紫外傅里叶变换光谱仪 ,光谱测量范围为 170nm～ 6 0 0nm ,30 0nm处分辨率高于 1.5× 10 5。光谱仪结构紧凑 ,可精确探测紫外真空紫外波段物质的发射及吸收光谱 ,尤其适合与同步辐射源对接完成相关的光谱分析。     

Spectral reflectance characteristics of different snow and snow-covered land surface objects and mixed spectrum fitting

The field spectroradiometer was used to measure spectra of different snow and snow-covered land surface objects in Beijing area.The result showed that for a pure snow spectrum,the snow reflectance peaks appeared from visible to 800 nm band locations;there was an obvious absorption valley of snow spectrum near 1 030 nm wavelength.Compared with fresh snow,the reflection peaks of the old snow and melting snow showed different degrees of decline in the ranges of 300～1 300,1 700～1 800 and 2 200～2 300 nm,the lowe...     

椭偏测量法的油膜紫外可见-近红外光谱光谱偏振特性研究

为实现水面溢油目标的偏振遥感，选择合适的波段和观测角度，需要油膜的光谱偏振特性数据作支撑。在实验室采用椭偏测量的方法，针对不同厚度机油油膜和纯净水作为背景样本，测量了不同观测角度下从紫外到近红外波段（270~900 nm）的镜面反射光谱偏振参数：辅助角ψ和相位差Δ，并对在相同条件下油和水的测量结果作对比。分析表明除布儒斯特角附近位置外，不同厚度的油膜与水的起偏特性在各观测角都存在差异。通过在45°入射角所测的ψ和Δ，得到水/油样本的光谱折射率和消光系数，水折射率经过偏移修正后，与Schiebener水折射率模型的标准差为3×10-5。根据之前得到的油/水参数，对油膜在水背景的物理现象作薄油膜理想介质层建模，用菲涅耳定律仿真自然光的镜面反射，发现在全观测波段相同入射光条件下油膜的反射光存在明显的偏振度（DOP）或偏振角（AOP）光谱偏振可观测性。模型与实际测量结果对比发现：在300~350 nm仿真结果和实际测量相符，油膜的反射光偏振性质趋近于油样本；在350~550 nm，油膜模型仿真结果比实验的干涉效应更明显，油膜实验数据表明其光谱起偏性质依然与油保持一致；在大于550 nm直到近红外波段，实验干涉效应开始显著。说明油膜比油有更强的散射或吸收特性，辨识参数得到油膜的消光系数存在不同于油的随波长先变小后变大的性质。总之，利用光谱椭偏测量方法，通过多波段、多角度测量，分析液体样本的光谱偏振特性和折射率等性质；偏振观测的恰当角度与油/水的布儒斯特角有关，在布鲁斯特角之外的位置观测，油膜的光谱椭偏角相较水都存在分辨能力；对小于200 μm的薄油膜近红外波段可重复性较差，而紫外和可见蓝紫波段相比之下有很好的可重复性和区分性，更适合于对甚薄油膜表面种类的遥感观测。该实验涉及的方法可以用于其他油种油膜的偏振光谱测量，实验数据为偏振遥感工作的波段选择与观测角度提供提供参考。